DE4433659C1

DE4433659C1 - Plate=type heat=exchanger

Info

Publication number: DE4433659C1
Application number: DE19944433659
Authority: DE
Inventors: Reinhard Schneider-Weyergraf; Paul Bauer
Original assignee: GOEBBELS WILFRIED; COLIBRI BV
Current assignee: GOEBBELS WILFRIED; COLIBRI BV
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1994-09-21
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2014-09-22

Abstract

The heat exchanger consists of several parallel plates spaced out by spacers, with turbulence profiles between them. The relived turbulence profiles (4) have an excess in height over the spacing of the plates (3,7a,7b). This is reduced by elastic deformation of the turbulence profiles to the spacing defined by the spacers (2). The plates may be welded to the spacers. The plates (3) enclosed by the cover plates (7a,7b) at the endfaces of the heat exchanger have a higher heat throughput than the cover plates. The transitions between the plates and the spacers may be pre-stressed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher, bestehend aus mehreren durch Distanzstücke beabstandeten parallelen Platten so wie in Strömungsräumen zwischen den Platten angeordneten Turbulenzprofilen.The invention relates to a plate heat exchanger, consisting from several parallel plates spaced apart by spacers as arranged in flow spaces between the plates Turbulence profiles.

Derartige Plattenwärmetauscher sind aus dem Stand der Tech nik bekannt. So ist bspw. aus der DE 40 23 694 A1 ein Platten wärmetauscher bekannt, der aus mehreren, unter Zwischen schaltung von Dichtungen und unter Verwendung von Druck platten zu einem Plattenpaket zusammenfügbaren Wärmeüber tragungsplatten besteht. Die Zwischenräume zwischen den wärmeübertragungsplatten werden abwechselnd von einem Wärme abgebenden und einem Wärme aufnehmenden Medium durchflos sen. Die Wärmeübertragungsplatten selbst sind als ebene Platten ausgebildet, zwischen denen Turbulenzprofile ange ordnet sind. Um den Wärmeübergang von den Turbulenzprofilen zu den Wärmeübertragungsplatten zu gewährleisten, wird in der DE 40 23 694 vorgeschlagen, die Wärmeübertragungs platten einseitig oder auch beidseitig an die Turbulenz platten anzulöten.Such plate heat exchangers are from the prior art not known. For example, DE 40 23 694 A1 is a plate heat exchanger known from several, under intermediate switching of seals and using pressure plates to form a heat pack that can be joined together support plates exists. The gaps between the heat transfer plates are alternated by a heat releasing and a heat-absorbing medium sen. The heat transfer plates themselves are flat Plates formed between which turbulence profiles are are arranged. To the heat transfer from the turbulence profiles to ensure the heat transfer plates is in DE 40 23 694 proposed the heat transfer plates on one or both sides of the turbulence to solder plates.

Aus der deutschen Patentschrift 29 46 804 geht ein ähnlich aufgebauter Wärmetauscher hervor, bei dem die als Turbu lenzprofile dienenden Rippenelemente durch Hartlöten mit den Wärmeübertragungsplatten verbunden sind.From the German patent specification 29 46 804 a similar goes built-up heat exchanger, in which the Turbu rib elements serving lenzprofile by brazing with the heat transfer plates are connected.

Schließlich wird in der DE 40 09 556 A1 zur Erzielung eines verbesserten Wirkungsgra des und einer höheren zulässigen Druckdifferenz zwischen den beiden strömenden Medien vorgeschlagen, zickzackförmige Profilelemente abwechselnd mit Zwischenlageelementen, d. h. Wärmeübertragungsplatten anzuordnen, wobei sowohl die Pro fileleinente als auch die Zwischenlageelemente Wölbungen aufweisen. Darüber hinaus sind die Profil- und Zwischenla geelemente an ihren jeweiligen Berührungslinien miteinander verschweißt, so daß höhere Druckdifferenzen zwischen den beiden strömenden Medien möglich werden.Finally, in the DE 40 09 556 A1 to achieve an improved efficiency des and a higher allowable pressure difference between suggested the two flowing media, zigzag Profile elements alternating with intermediate layer elements, d. H. Arrange heat transfer plates, both the Pro fileleinente as well as the interleaving elements bulges exhibit. In addition, the profile and intermediate ge elements at their respective lines of contact with each other welded, so that higher pressure differences between the both flowing media become possible.

Sämtliche der vorgenannten Plattenwärmetauscher besitzen den Nachteil, daß die erforderlichen Löt- bzw. Schweißver bindungen zwischen den (Wärmeübertragungs)platten und den dazwischen angeordneten Turbulenzprofilen einen hohen Her stellungsaufwand bedingen und gleichzeitig die Löt- bzw. Schweißverbindungen den zur Verfügung stehenden freien Strömungsraum zwischen den (Wärmeübertragungs)platten ver kleinern.All of the aforementioned plate heat exchangers have the disadvantage that the required soldering or welding bonds between the (heat transfer) plates and the turbulence profiles arranged between them have a high forth position required and at the same time the soldering or Welded connections the available free Flow space between the (heat transfer) plates ver smaller.

Für das große Anwendungsgebiet der Kältetechnik mit dem Me dium Ammoniak können Wärmetauscher, die Lötverbindungen zwischen den (Wärmeübertragungs)platten aufweisen, nur ein gesetzt werden, wenn eine Nickellötung durchgeführt wird.For the large application area of refrigeration technology with the Me dium ammonia can heat exchangers, the solder connections between the (heat transfer) plates, only one be set when nickel soldering is performed.

Diese Lötung besitzt jedoch den Nachteil, daß sie hohen un terschiedlichen Betriebsdrücken zwischen den beiden strömenden Medien nicht Stand hält.However, this soldering has the disadvantage that it is high different operating pressures between the two flowing media does not withstand.

Die Plattenwärmetauscher mit punktverschweißten Turbulenz einbauten erlauben zwar höhere Differenzdrücke, bedingen jedoch einen sehr hohen Herstellungsaufwand.The plate heat exchangers with spot welded turbulence internals allow higher differential pressures however, a very high manufacturing cost.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und sich insbesondere durch einen geringen Herstellungsaufwand, einen hohen Wirkungs grad bei gleichzeitig hoher zulässiger Druckdifferenz zwi schen den strömenden Medien und universelle Anwendbarkeit auszeichnet.The invention is based on this prior art therefore based on the task of a plate heat exchanger to create the kind mentioned above, the disadvantages of Avoid prior art and in particular by low manufacturing costs, high effectiveness degree with a simultaneously high permissible pressure difference between the flowing media and universal applicability distinguished.

Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, auf ei ne konventionelle Verbindung zwischen den Platten (nachfolgend stets Wärmeübertragungsplatten genannt) und den Turbulenzprofilen unter Beibehaltung des für den Wärme übergang notwendigen Flächenkontaktes zu verzichten.The solution to this task is based on the idea of egg ne conventional connection between the plates (hereinafter always referred to as heat transfer plates) and the turbulence profiles while maintaining the for the heat to dispense with the necessary surface contact.

Im einzelnen wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Plattenwärmetauscher der eingangs erwähnten Art die ent spannten Turbulenzprofile, d. h. die Turbulenzprofile vor dem Einbau in den Plattenwärmetauscher, ein Höhenübermaß gegenüber dem Abstand der Wärmeübertragungsplatten aufwei sen, daß durch elastische Verformung der Turbulenzprofile auf den durch die jeweiligen Distanzstücke definierten Ab stand reduziert ist.In particular, the problem is solved in that at one Plate heat exchanger of the type mentioned at the beginning spanned turbulence profiles, d. H. the turbulence profiles the installation in the plate heat exchanger, a height excess compared to the distance of the heat transfer plates sen that by elastic deformation of the turbulence profiles on the Ab defined by the respective spacers is reduced.

Das Übermaß der Turbulenzprofile wird so gewählt, daß sich beim Aufbringen der für den Zusammenbau des Wärmetauschers erforderlichen Anpreßkräfte eine elastische Verformung der Turbulenzprofile auf den durch die Distanzstücke definier ten Abstand zwischen den einzelnen Wärmeübertragungsplatten ergibt. Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfin dung, daß die Strömungsräume des Plattenwärmetauschers in folge unterschiedlicher Distanzstücke verschiedene Abmes sungen aufweisen können. Auch wird das Wesen der Erfindung durch die Anzahl der Wärmeübertragungsplatten sowie Turbu lenzprofile und Distanzstücke nicht beeinflußt. Infolge der entfallenden Löt- bzw. Schweißverbindungen besitzt ein er dingungsgemäßer Plattenwärmetauscher bei vergleichbarer Baugröße einen größeren freien Strömungsraum, was nicht nur eine Verminderung der Druckverluste in dem Plattenwärme tauscher zur Folge hat, sondern auch die Gefahr von Materi alschwächungen und Korrosionen an den Verbindungsstellen, z. B. bei Widerstandsschweißung, beseitigt.The excess of the turbulence profiles is chosen so that when applying the for assembling the heat exchanger required contact forces an elastic deformation of the Turbulence profiles on the one defined by the spacers th distance between the individual heat transfer plates results. It is of course within the scope of the Erfin that the flow spaces of the plate heat exchanger in follow different spacers different dimensions can have solutions. Also the essence of the invention by the number of heat transfer plates as well as turbu bilge profiles and spacers are not affected. As a result of he has no soldered or welded connections plate heat exchanger according to the conditions with comparable Size a larger free flow space, which is not only a reduction in pressure losses in the plate heat exchanger results, but also the danger of materi weakening and corrosion at the joints, e.g. B. in resistance welding, eliminated.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, wird der Wär metauscher im Gegenstrom betrieben.In an advantageous embodiment of the invention, the heat Metauscher operated in counterflow.

Eine Schweißverbindung der Wärmeübertragungsplatten mit den Distanzstücken erlaubt einen Betrieb des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers mit höheren Temperaturen und Drücken sowie mit aggressiveren Medien, da auf die empfindlichen Dichtungen zwischen den einzelnen Schichten verzichtet wer den kann. Darüber hinaus entfallen bei einer Schweißverbin dung die für den notwendigen Zusammenhalt des Plattenwärme tauschers ansonsten üblicherweise vorgesehenen Druckplat ten, die um das Paket aus Wärmeübertragungsplatten sowie Turbulenzprofilen und Distanzstücken angeordnet sind.A welded connection of the heat transfer plates with the Spacers allow operation of the invention Plate heat exchanger with higher temperatures and pressures as well as with more aggressive media because of the sensitive Seals between the individual layers are dispensed with that can. In addition, there is no welding joint the necessary for the necessary cohesion of the plate heat otherwise usually provided printing plate around the package of heat transfer plates as well Turbulence profiles and spacers are arranged.

Um einen möglichst guten Wärmeübergang zwischen den Strö mungsräumen zu erzielen, sind die Wärmeübertragungsplatten so dünn wie möglich im Verhältnis zu den Distanzstücken zu gestalten. Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers stellt sich daher das Problem, daß eine Schweißverbindung Dünn-Dickblech nach Anzahl der Lagen mehrmals durchzuführen ist. Bei derartigen Schweißverbin dungen kann ein Verzug der Wärmeübertragungsplatten auftre ten, der den für den Wärmeübergang erforderlichen Flächen kontakt der Turbulenzprofile mindern kann. Um dieses Pro blem bei der Herstellung der Schweißverbindung zu lösen, wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers vorgeschlagen, daß die Wärme übertragungsplatten mit den Distanzstücken unter einer vor zugsweise flächenmäßig wirkenden Vorspannkraft verschweißt werden.To ensure the best possible heat transfer between the currents heat transfer plates as thin as possible in relation to the spacers shape. In the manufacture of an inventive Plate heat exchanger therefore poses the problem that a thin-thick sheet welded joint according to the number of layers is to be carried out several times. With such a welded joint a distortion of the heat transfer plates can occur ten of the areas required for heat transfer contact of the turbulence profiles can reduce. To this pro to solve problems during the production of the welded connection, is used in a method of manufacture according to the invention a plate heat exchanger suggested that the heat transfer plates with the spacers under one in front preferably pre-tensioning force is welded become.

Bei dem bereits wegen des Fortfalls der Verlötung bzw. Ver schweißung der Turbulenzprofile mit den Übertragungsplatten kostengünstigen Verfahren, läßt sich eine weitere Kosten einsparung dadurch erzielen, daß die Schweißnaht aus einem übermaß der Wärmeübertragungsplatten gegenüber den Distanz stücken unter Verzicht auf Schweißzusatzwerkstoffe herge stellt wird.In the case of the soldering or ver welding of the turbulence profiles with the transmission plates inexpensive process, can add another cost achieve savings in that the weld seam from a excess of the heat transfer plates compared to the distance pieces without the use of welding consumables is posed.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispieles des näheren er läutert.The invention is based on a in the drawing Solutions illustrated embodiment of the closer he purifies.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers und Fig. 1 is a schematic, perspective view of the plate heat exchanger according to the invention and

Fig. 2 den Strömungsverlauf in den unterschiedlichen Schichten des Plattenwärmetauschers sowie Fig. 2 shows the flow in the different layers of the plate heat exchanger and

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher während seiner Herstellung vor dem Verschweißen. Fig. 3 shows a heat exchanger according to the invention during its manufacture before welding.

Fig. 1 zeigt den insgesamt mit 1 bezeichneten Wärme tauscher, bestehend aus mehreren durch Distanzstücke 2 be abstandeten glatten Wärmeübertragungsplatten 3. Als gewell te Rippenelemente 4 ausgebildete Turbulenzprofile bilden Kanäle 5a, 5b in den Strömungsräumen A, B. Die Strömungs räume A werden in dem gezeigten Beispiel von dem Wärme ab gebenden, die Strömungsräume B von dem Wärme aufnehmenden Medium durchflossen. Fig. 1 shows the overall heat exchanger designated 1 , consisting of several be spaced by spacers 2 be smooth heat transfer plates 3rd As a corrugated rib elements 4 formed turbulence profiles form channels 5 a, 5 b in the flow spaces A, B. The flow spaces A in the example shown are emitted by the heat, the flow spaces B are flowed through by the heat-absorbing medium.

Aus Fig. 2 ist der Verlauf der Kanäle 5a, 5b in den Strö mungsräumen A, B zu erkennen. Positionen 6a bzw. 6b be zeichnen die Verteiler für das Wärme abgebende bzw. Wärme aufnehmende Medium auf die einzelnen Kanäle 5a, 5b in den unterschiedlichen Strömungsräumen A, B des erfindungsgemä ßen Plattenwärmetauschers 1. Die Verteiler 6a, 6b führen zu den in den Zeichnungen nicht dargestellten Zu- bzw. Abläu fen des Plattenwärmetauschers.From Fig. 2, the course of the channels 5 a, 5 b in the flow spaces A, B can be seen. Positions 6 a and 6 b denote the distributors for the heat-emitting or heat-absorbing medium to the individual channels 5 a, 5 b in the different flow spaces A, B of the plate heat exchanger 1 according to the invention. The distributor 6 a, 6 b lead to the inlet or outlet of the plate heat exchanger, not shown in the drawings.

Weiter sind aus den Fig. 1 und 3, die gegenüber den Wär meübertragungsplatten 3 dicker ausgeführten, den Platten wärmetauscher 1 an den Stirnflächen begrenzenden Deckplat ten 7a, 7b zu erkennen.Further, from FIGS. 1 and 3 opposite to the Wär meübertragungsplatten 3 thicker executed, the plates heat exchanger 1 at the end faces delimiting Deckplat th 7 a, 7 b to recognize.

Die Distanzstücke 2 und die Wärmeübertragungsplatten 3 bzw. Deckplatten 7a, 7b werden durch Schmelzschweißen miteinan der verbunden. Hierzu wird das aus Fig. 3 ersichtliche übermaß 8 der Wärmeübertragungsplatten 3 aufgeschmolzen, während über die Deckplatten 7a, 7b eine Vorspannkraft auf den Plattenwärmetauscher ausgeübt wird. Die Vorspannkraft während des Schweißvorganges ist erforderlich, um das Hö henübermaß der entspannten Rippenelemente 4 bereits während des Schweißvorganges elastisch auf den durch die Distanz stücke 2 definierten Abstand zu reduzieren. Die aufgrund der elastischen Verformung in den Rippenelementen 4 wirken den Kräfte sorgen für einen innigen Flächenkontakt mit den Wärmeübertragungsplatten 3.The spacers 2 and the heat transfer plates 3 and cover plates 7 a, 7 b are miteinan connected by fusion welding. For this, the apparent from Fig. 3 excess is melted 8 of the heat transfer plates 3, while on the cover plates 7a, 7b a biasing force to the plate heat exchanger is applied. The pretensioning force during the welding process is required in order to elastically reduce the excess height of the relaxed rib elements 4 already during the welding process to the distance defined by the spacers 2 . The forces acting due to the elastic deformation in the fin elements 4 ensure intimate surface contact with the heat transfer plates 3 .

Die Gestaltung des Rippenelementes 4 und die aufzubringende Vorspannkraft sind derart aufeinander abgestimmt, daß keine weitere Verformung der Rippenelemente 4 unter den zu erwar tenden Differenzdrücken zwischen den Strömungsräumen A, B auftreten kann. Das heißt, die aufzubringende Vorspannkraft ist größer, als die während des Betriebsdruckes auf die Rippenelemente wirkende Kraft. Es ist daher keine Durchbie gung der Wärmeübertragungsplatten 3 infolge weiterer Ver formung der Rippenelemente möglich.The design of the rib element 4 and the biasing force to be applied are coordinated with one another in such a way that no further deformation of the rib elements 4 can occur under the differential pressures to be expected between the flow spaces A, B. This means that the preload force to be applied is greater than the force acting on the rib elements during the operating pressure. It is therefore no deflection of the heat transfer plates 3 due to further deformation of the rib elements possible.

Der in der Fig. 1 dargestellte Plattenwärmetauscher ist wegen der angestrebten Unempfindlichkeit gegen aggressive Medien aus Edelstahl hergestellt. Selbstverständlich kann der Plattenwärmetauscher jedoch je nach Einsatzzweck aus anderen Materialien hergestellt werden, sofern diese eine elastische Verformung der Turbulenzprofile zulassen und ausreichend beständig gegen die Übertragungsmedien sind.The plate heat exchanger shown in Fig. 1 is made of stainless steel because of the desired insensitivity to aggressive media. Of course, depending on the application, the plate heat exchanger can be made from other materials, provided that these allow the turbulence profiles to be deformed elastically and are sufficiently resistant to the transmission media.

Claims

1. plate heat exchanger consisting of several parallel plates spaced by di punching pieces and turbulence profiles arranged in flow spaces between the plates, characterized in that the relaxed turbulence profiles ( 4 ) have an excess height compared to the distance between the plates ( 3 , 7 a, 7 b), the is reduced to the distance defined by the respective spacers ( 2 ) by elastic deformation of the turbulence profiles ( 4 ).

2. Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the plates ( 3 , 7 a, 7 b) with the Di punch pieces ( 2 ) are welded.

3. Plate heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the plates delimiting from the face of the plate heat exchanger (cover plates) ( 7 a, 7 b) enclosed plates have a higher heat passage (heat transfer plates) ( 3 ).

4. A method for producing a plate heat exchanger according to any one of claims 1-3, characterized in that the plate heat exchanger constructed from alternating plates and turbulence profiles and spacers under the action of a preferably area-acting pre-tensioning force at the transitions between the spacers ( 2 ) and the plates ( 3 , 7 a, 7 b) is welded.

5. A method for producing a plate heat exchanger according to claim 4, characterized in that the weld seam is made from an excess of the plates ( 3 ), in particular the heat transfer plates ( 3 ) relative to the spacers ( 2 ) without the use of welding filler materials.